الثقب الدودي المحاكى في الكمبيوتر الكمومي يمكن أن يدعم النظرية القائلة بأن الكون هو صورة ثلاثية الأبعاد
استخدم الفيزيائيون جهاز كمبيوتر كمومي لمحاكاة أول ثقب دودي ثلاثي الأبعاد ونقل المعلومات من خلاله.
الطفل” دودي، الذي تم إنشاؤه على جهاز الكمبيوتر الكمي Sycamore 2 من Google ، لم يتم إنشاؤه بالجاذبية ، ولكن من خلال التشابك الكمي – ربط جسيمين بحيث يؤثر قياس أحدهما بشكل فوري على الآخر. من خلال تشابك الكيوبتات ، أو البتات الكمومية ، في دوائر فائقة التوصيل ، تمكن الفيزيائيون من إنشاء بوابة يتم من خلالها إرسال المعلومات. يقول الباحثون إن التجربة لديها القدرة على تعزيز الفرضية القائلة بأن كوننا عبارة عن صورة ثلاثية الأبعاد تم تجميعها معًا بواسطة المعلومات الكمية ، وقد نشروا نتائجهم في 30 نوفمبر في المجلة. طبيعة سجية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
“هذه خطوة صغيرة لاستجواب الجاذبية الكمية في المختبر ،” المؤلف الرئيسي ماريا سبيروبولو (يفتح في علامة تبويب جديدة)قال عالم فيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، في مؤتمر صحفي في 30 نوفمبر. “عندما رأينا البيانات ، أصبت بنوبة هلع. كنا نقفز صعودًا وهبوطًا. لكنني أحاول إبقائها ثابتة.”
متعلق ب: يمكن لـ “بلورة الزمن” الأخرى المصنوعة داخل كمبيوتر Google الكمومي أن تغير الفيزياء إلى الأبد
الثقوب الدودية هي أنفاق افتراضية عبر الزمكان متصل بواسطة الثقوب السوداء إما في نهاية. في الطبيعة ، الجاذبية الهائلة للثقبين الأسودين هي التي تساعد في خلق ظروف الثقب الدودي ، لكن الثقب الدودي الذي تمت محاكاته في التجربة مختلف قليلاً: إنه نموذج لعبة يعتمد على عملية تسمى النقل الآني الكمي لتقليد اثنين من السود. الثقوب وإرسال المعلومات من خلال البوابة. تبدو هذه العمليات مميزة إلى حد كبير ، لكن وفقًا للباحثين ، قد لا تكون مختلفة إلى هذا الحد بعد كل شيء. في فرضية تسمى مبدأ الهولوغرام ، نظرية الجاذبية التي تنقسم حول تفردات الثقب الأسود (أينشتاين النسبية العامة) يمكن أن ينشأ في الواقع من القواعد الغريبة التي تحكم الكائنات الصغيرة جدًا مثل الكيوبتات (ميكانيكا الكم) – وقد توفر تجربتهم الدلائل الأولى على أن هذا هو الحال.
لحسن الحظ ، فإن نظائر الثقب الأسود في الكمبيوتر الكمومي ليست مثل الوحوش المستهلكة بالكامل الكامنة في الفضاء. لكن الباحثين غير متأكدين مما إذا كانوا قد قاموا بمحاكاة الثقوب السوداء عن كثب بما يكفي لاعتبارها متغيرات غريبة من الشيء الحقيقي ، وفي النهاية أطلقوا عليها اسم الانشقاقات الحاسوبية الكمومية بالثقوب السوداء “الناشئة”.
“تبدو مثل البطة ، إنها تمشي مثل البطة ، إنها تصرخ مثل البطة. هذا ما يمكننا قوله في هذه المرحلة” ، هذا ما قاله مؤلف مشارك جوزيف ليكين، عالم فيزياء ونائب مدير البحوث في Fermilab ، قال في المؤتمر الصحفي. “لدينا شيء ، من حيث الخصائص التي ننظر إليها ، يبدو وكأنه ثقب دودي.”
توقعات أينشتاين
ظهرت فكرة الثقوب الدودية لأول مرة من عمل ألبرت أينشتاين وزميله ناثان روزين ، الذي أوضح في عام 1935 في ورقة مشهورة أن نظرية النسبية العامة تسمح بربط الثقوب السوداء في جسور يمكنها أن تربط مسافات شاسعة على الفور. كانت النظرية محاولة لتقديم تفسير بديل لنقاط في الفضاء تسمى التفردات: نوى الثقوب السوداء حيث تتركز الكتلة بشكل لا نهائي في نقطة واحدة ، مما يخلق مجالًا جاذبية قويًا لدرجة أن الزمكان يتشوه إلى اللانهاية ومعادلات أينشتاين انهدام. إذا كانت الثقوب الدودية موجودة بطريقة ما ، حسب رأي آينشتاين وروزين ، فإن النسبية العامة صمدت.
قبل شهر من ورقة عام 1935 الشهيرة ، كتب آينشتاين وروزين وزميلهم بوريس بودولسكي ورقة أخرى. في هذا البحث ، توصلوا إلى توقع أنه ، على عكس بحثهم الأخير في النسبية العامة ، لم يكن القصد منه تعزيز نظرية الكم ، ولكن لتشويه سمعتها بسبب آثارها السخيفة. أوضح الفيزيائيون أنه إذا كانت قواعد ميكانيكا الكم صحيحة ، فيمكن أن تصبح خصائص الجسيمين مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بحيث يؤثر قياس أحدهما على الآخر بشكل فوري ، حتى لو تم الفصل بينهما بمسافات شاسعة. سخر أينشتاين من هذه العملية ، المعروفة الآن باسم التشابك الكمومي ، وأطلق عليها اسم “العمل المخيف عن بعد” ، ولكن تمت ملاحظتها منذ ذلك الحين وهي شائعة الاستخدام من قبل الفيزيائيين.
على الرغم من إنتاج هذين التنبؤين الرائدين ، إلا أن كراهية أينشتاين لعدم اليقين المتأصل وغرابة فيزياء الكم يمكن أن تكون قد أعمته عن رؤية حيوية: أن التنبؤين يمكن أن يكونا ، في الواقع ، متصلين. من خلال فصل النسبية العامة عن نظرية الكم ، يُترك الفيزيائيون بلا فهم للعوالم التي تصطدم فيها الثقوب الكبيرة والصغيرة جدًا – مثل الأجزاء الداخلية للثقوب السوداء أو النقطة اللامتناهية في الصغر التي تركز عليها الكون في لحظة حدوث الكارثة. حية.
مبدأ التصوير المجسم
منذ أن وصل أينشتاين إلى هذا المأزق ، قاد البحث عن مكان الخيط الكبير والصغير معًا – نظرية كل شيء – الفيزيائيين إلى التوصل إلى جميع أنواع الافتراضات الملونة. أحدهما هو مبدأ التصوير المجسم ، الذي يفترض أن الكون بأكمله هو إسقاط ثلاثي الأبعاد ثلاثي الأبعاد للعمليات التي يتم إجراؤها على سطح ثنائي الأبعاد بعيد.
متعلق ب: قد يثبت الثقب الأسود الناشئ في المختبر صحة نظرية ستيفن هوكينج الأكثر تحديًا
تجد هذه الفكرة جذورها في عمل ستيفن هوكينج في سبعينيات القرن الماضي ، والذي طرح مفارقة واضحة مفادها أنه إذا كانت الثقوب السوداء قد أشعت بالفعل إشعاع هوكينغ (إشعاع من جسيمات افتراضية ظهرت عشوائيًا بالقرب من آفاق الحدث) فإنها ستتبخر في النهاية ، مما يكسر قاعدة رئيسية تتمثل في ميكانيكا الكم التي لا يمكن تدمير المعلومات. لم تعد النسبية العامة وميكانيكا الكم تبدو الآن غير قابلة للتوفيق ؛ على الرغم من تنبؤاتهم العديدة الدقيقة بشكل لا يصدق ، إلا أنهم قد يكونوا مخطئين.
لحل هذه المشكلة ، استخدم مؤيدو نظرية الأوتار ، الذين كانوا يهدفون إلى التوفيق بين ميكانيكا الكم والنسبية ، ملاحظات مفادها أن المعلومات التي يحتويها الثقب الأسود مرتبطة بمساحة السطح ثنائية الأبعاد لأفق الحدث (النقطة التي لا يمكن للضوء أن يفلت بعدها. جاذبيتها). حتى المعلومات حول النجم الذي أنشأ الثقب الأسود تم نسجها في تقلبات على سطح الأفق هذا ، قبل أن يتم تشفيرها على إشعاع هوكينغ وإرسالها بعيدًا قبل تبخر الثقب الأسود.
في التسعينيات ، أدرك الفيزيائيان النظري ليونارد سسكيند وجيرارد هوفت أن الفكرة لا يجب أن تتوقف عند هذا الحد. إذا كان من الممكن تمثيل جميع المعلومات الخاصة بنجم ثلاثي الأبعاد في أفق حدث ثنائي الأبعاد ، فربما يكون الكون – الذي يمتلك أفقًا متوسعًا خاصًا به – هو نفسه: إسقاط ثلاثي الأبعاد للمعلومات ثنائية الأبعاد.
من هذا المنظور ، قد لا تكون النظريتان المنفصلتان للنسبية العامة وميكانيكا الكم منفصلين على الإطلاق. يمكن أن يظهر انحراف الجاذبية في الزمكان ، جنبًا إلى جنب مع كل شيء آخر نراه ، مثل الإسقاط الهولوغرام ، يتلألأ في الوجود من التفاعلات الدقيقة للجسيمات الصغيرة على السطح ذي الأبعاد المنخفضة لأفق بعيد.
اختبار الثقوب الدودية
لوضع هذه الأفكار قيد الاختبار ، لجأ الباحثون إلى جهاز الكمبيوتر Sycamore 2 من Google ، وقاموا بتحميله بنموذج بسيط لكون ثلاثي الأبعاد بسيط يحتوي على ثقبين أسودين متشابكين كموميًا على كلا الطرفين. بعد ترميز رسالة إدخال في الكيوبت الأول ، رأى الباحثون أن الرسالة تتدحرج في شكل رطانة – وهو ما يوازي أن يبتلعها الثقب الأسود الأول – قبل أن تنفجر دون تشويش وتبقى سليمة في الطرف الآخر ، كما لو كانت بصق من قبل الثقب الأسود. ثانيا.
“الفيزياء التي تجري هنا ، من حيث المبدأ ، هي إذا كان لدينا جهازي كمبيوتر كمومي كانا على جوانب مختلفة من الأرض ، و [if] قال لايكين: “لقد قمنا بتحسين هذه التكنولوجيا قليلاً ، يمكنك إجراء تجربة مشابهة جدًا حيث اختفت المعلومات الكمية في مختبرنا في هارفارد ، وظهرت في المختبر ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.” سيكون ذلك أكثر إثارة للإعجاب مما فعلناه بالفعل على شريحة واحدة. لكن في الحقيقة ، الفيزياء التي نتحدث عنها هنا هي نفسها في كلتا الحالتين “.
الجانب المفاجئ من خدعة الثقب الدودي ليس أن الرسالة وصلت إلى شكل ما ولكن ظهرت سليمة تمامًا وبنفس الترتيب الذي دخلت فيه – أدلة رئيسية على أن التجربة كانت تتصرف مثل ثقب دودي مادي وأن الثقوب الدودية المادية ، بدوره ، قد يكون متشابكًا.
لاحظ الباحثون أن المعلومات اجتازت فجوة صغيرة ، فقط بضعة عوامل أكبر من أقصر مسافة يمكن تصورها في الطبيعة ، طول بلانك. في المستقبل ، يريدون تصميم تجارب أكثر تعقيدًا ، وتنفيذها على أجهزة أكثر تقدمًا وإرسال رموز عبر مسافات أكبر. أثناء الانتقال من إرسال المعلومات عبر الثقب الدودي إلى إرسال شيء مادي ، مثل جسيم دون ذري ، لا يتطلب الكثير من القفزة النظرية ، كما يقولون ، سيحتاج إلى كثافة كيوبتات كبيرة بما يكفي لإنشاء ثقب أسود صغير.
قال سبيروبولو: “من الناحية التجريبية ، سأخبرك أنه بعيد جدًا جدًا”. “يأتي الناس إلي ويسألونني ،” هل يمكنك وضع كلبك في الثقب الدودي؟ ” لا ، هذه قفزة هائلة “.
